미생물 기반 바이오 숙신산 대량 생산 기술 개발
미생물 기반 바이오 숙신산 대량 생산 기술 개발
  • 함예솔
  • 승인 2020.05.08 18:10
  • 조회수 3811
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요약

 

미생물 기반 바이오 숙신산을 대량 생산하는 기술이 개발됐습니다. 화학 산업의 플랫폼 화학물질로 사용될 수 있는 숙신산을 더 효율적으로 생산할 수 있게됐습니다. 이는 향후 환경친화적인 바이오화학 산업으로의 전환에 기여할 것으로 보입니다. 또한 기후변화 등 환경 문제의 주범으로 꼽히는 화석연료에 대한 의존성을 대폭 낮출 것으로 기대됩니다.

국내 연구진이 플라스틱의 원료와 식품·의약품 합성에 사용되는 중요한 화학물질인 숙신산을 대량으로 생산할 수 있는 기술을 개발했습니다. KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀과 경북대학교 김경진 교수 연구팀이 시스템 대사공학을 이용해 미생물 기반의 바이오 숙신산 대량 생산을 가능케 하는 세계 최고의 효율을 지닌  숙신산 생산 균주를 개발하는데 성공했습니다. 해당 연구는 <Nature Communications>에 게재됐습니다.

 

바이오 기반 '숙신산' 생산이 중요한 이유

 

기후변화 대응 기술 중 바이오리파이너리 기술은 화석연료에 의존하지 않고 바이오매스 원료로부터 생물공학적·화학적 기술을 이용해 화학제품과  바이오연료 등 산업 화학물질을 친환경적으로 생산하는 분야입니다. 이 중 특히 핵심 기술인 '시스템 대사공학'은 미생물의 복잡한 대사회로를 효과적으로 조작해 산업 화학물질의 생산 효율을 높일 수 있습니다.

친환경. 출처: pixabay
친환경, 중요하지. 출처: pixabay

현대 산업 전반은 화석 연료를 바탕으로 하는 산업에 매우 의존적이며 숙신산의 생산 또한 화석 연료를 기반으로 이뤄집니다. 그러나 이는 화석 연료의 고갈과 이에 따른 원류 가격의 지속적인 증가, 화석연료 기반 산업으로부터 발생되는 지구 온난화 등 매우 심각한 부작용을 낳습니다. 또 급속도로 고갈돼 가는 화석연료를 대체할 수 있는 바이오 기반의 숙신산 생산은 필수적입니다. 연구팀은 한우의 반추위에서 분리한 미생물인 맨하이미아(Mannheimia)의 대사회로를 조작해 숙신산을 생산하는 연구를 지속해 왔으며 이번에 세계 최고의 생산 효율을 지닌 숙신산을 생산할 수 있는 개량균주를 개발하는 데 성공했습니다.

 

세계최고 수준의 효율성 지닌 숙신산 생산공정

 

숙신산은 탄소 4개로 구성된 다이카복실산입니다. 대사 과정에서 숙신산 한 분자를 생산할 때 이산화탄소 한 분자를 소모합니다. 따라서 미생물 배양에 의한 숙신산 생산을 통해 이산화탄소의 저감에 기여하는데요.

개발된 숙신산 생산 미생물의 대사 회로 및 숙신산 생산에 핵심적인 말산 탈수소효소의 효소 구조. 출처: KAIST
개발된 숙신산 생산 미생물의 대사 회로 및 숙신산 생산에 핵심적인 말산 탈수소효소의 효소 구조. 출처: KAIST

연구팀은 이번 연구 과정에서 숙신산 전환에 핵심 역할을 하는 효소의 구조를 밝히는 한편 단백질 공학을 통해 효소 성능을 개선했습니다. 또한 이를 전체 대사회로 최적화에 연계시키는 시스템 대사공학을 수행했습니다. 이를 통해 포도당, 글리세롤, 이산화탄소를 원료로 리터당 134g(그램)의 높은 농도로 숙신산을 생산하고 경제와 가장 밀접하게 연관되는 생산성이 시간당·리터당 21g(그램)에 달하는 등 매우 효율적인 공정을 개발했습니다. 이는 세계 최고의 효율성을 지닌 숙신산 생산 공정으로 평가를 받고 있습니다. 참고로 지금까지는 일반적으로 시간당·리터당 1~3g(그램)이 최고 수준이었습니다.

 

이번 연구는 기후변화 등 환경 문제의 주범으로 꼽히는 화석 연료에 대한 의존성을 대폭 낮추고 주요 산업 기반 화학물질인 숙신산을 효과적으로 생산할 수 있는 근간을 제시했습니다. KAIST 이상엽 특훈교수는 "이번에 개발한 미생물 기반 바이오 숙신산 대량 생산 기술은 화학산업의 플랫폼 화학물질로 사용될 수 있는 숙신산을 보다 더 효율적으로 생산할 수 있기 때문에 환경친화적인 바이오화학 산업으로의 전환에 기여할 것"이라고 설명했습니다. 

이상엽 교수 연구팀. 출처: KAIST
이상엽 교수 연구팀. 출처: KAIST

 ##참고자료##

 


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